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基于冗余智能存储通道的存储系统关键技术研究

姜明华  
【摘要】:传统基于主机的存储架构已逐渐向网络化发展,计算和存储分离的趋势越来越明显。分布式存储环境下,网络存储系统的容错能力和性能问题成了目前研究的热点之一。引入冗余智能存储通道(Redundant Intelligent Storage Channel, RISC)概念,是为了加强容错存储系统关键技术的研究。 为提高IP存储系统的性能,提出了冗余智能存储通道的概念,该通道技术实现了多网卡聚合、故障智能检测和虚拟I/O访问接口,以此减少I/O处理时间,实现提高系统吞吐率和可用性。研究RISC通道提供服务的可用性模型,分析RISC通道服务可用性与通道个数、通道承载的负荷、以及缓冲区大小的相关性;模拟和测试的结果表明它们对服务可用性产生不同影响作用。 利用RISC通道技术构建了分布式容错存储系统。该系统的研究基于元数据信息缓存需求,讨论缓存一致性的Lease协议模型;从Lee磁盘阵列模型对应的fork-join模型特征出发,以iSCSI RAIDO-1和iSCSI RAID5为例引出容错存储系统排队模型;以模型参数对应关系具体计算系统响应时间,并得到不同参数影响响应时间的性能曲线,结果表明,控制系统的条带大小可以减少平均响应时间。在Linux开发环境下,Iometer测试工具给出了该系统的性能测试结果。 围绕HollandGibson指出的理想数据布局的六大特性(单点纠错,校验分布,重构分布,高效映射,大写优化和最大并行),以基本镜像、组轮转分块、交叉分块和链式分块四种磁盘镜像、iSCSI Mirroring数据布局、iSCSI RAID5为例,研究RISC容错存储系统的存储布局对可靠性和存储访问效率的影响。基于数据布局与可靠性关系,提出了几种基于RISC存储系统的性能优化容错数据布局;考虑网络故障条件下,针对双故障容错的性能优化数据布局建立了的Markov可靠性模型,基于这一模型可以容易算出其可靠性。 采用模糊数学理论,提出了基于RISC容错存储系统可靠性的时变特性分析方法。该方法建立了markov激励模型,用三角模糊数,分析了两个不同布局iSCSI RAID5和iSCSI RAID5x的容错存储系统可靠性的时间依赖特性。同时,也提出了基于模糊状态假设和概率假设,以四种镜像组织为例,分析了容错存储系统的状态变迁。通过时间抽样估计得到的模拟结果,显示这四种镜像组织的存储系统可靠性差异。 通过上述关键技术的研究可以有效地提高存储系统的容错能力,同时也能保持较好的性能优势。对海量存储服务应用具有积极意义。


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